Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

Г л а в а 3. ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ ГОРЮЧЕГО И МАСЕЛ ПРИ ПЕРВИЧНОЙ И ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТИ

ПОДГОТОВКА НЕФТИ К ПЕРЕРАБОТКЕ

Вредные примеси в нефтях. Добытая из недр земли нефть, по­ мимо жидких углеводородов и растворенных в них газов, содержит некоторое количество частиц песка, глины, кристаллов минераль­ ных солей и воду.

Содержание твердых частиц обычно не превышает 1,5%, но они оказывают серьезные помехи при переработке нефти. Механиче­ ские примеси затрудняют транспортирование нефти по трубопро­ водам, вызывают эрозию внутренних поверхностей труб, образова­ ние отложений в теплообменниках, печах и холодильниках. Отло­ жения ухудшают передачу тепла, повышают зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), а также содействуют образованию стойких эмульсий. По этим причинам содержание механических примесей в нефтях, поступающих на переработку, ограничивается. Отделение их производят в основном путем от­ стаивания нефти.

Соли, содержащиеся в нефтях в виде водных растворов и кри­ сталлов, вызывают коррозию металлов и также отлагаются в тру­ бопроводах. В основном коррозию аппаратуры вызывают соли хло­ ристого магния, которые уже при низких температурах подверга­ ются гидролизу на 90%

MgCl2 + H20 i i MgOHCl + HCl.

Хлористый кальций в этих условиях может гидролизоваться с образованием НС1 только на 10%, а хлористый натрий почти не гидролизуется.

Содержание солей в нефти, поставляемой на нефтеперерабаты­ вающий завод, не должно превышать 50 мг/л, а в нефти, направляе­ мой на перегонку,— 5 мг/л. Соленость выражается в хлоридах в пе­ ресчете на NaCl.

Обезвоживание и обессоливание нефтей. Вода и нефть способ­ ны образовывать трудноразделимые эмульсии, т. е. системы, в ко­ торых одна из взаимонерастворимых жидкостей распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Наи­ большей склонностью к образованию эмульсий обладают смоли­ стые нефти, содержащие нафтеновые кислоты или сернистые соеди­ нения. Эмульгированию нефти также способствует ее энергичное перемешивание с водой при добыче.

Образованию стойкой эмульсии предшествуют понижение по­ верхностного натяжения на границе раздела фаз и создание во­ круг частиц прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют присутствующие в нефти вещества — эмульгаторы.

Для разрушения эмульсий применяют механические, электри­ ческие и химические методы. Механический метод заключается в

30

естественном расслаивании эмульсий при отстое или в центрифуги­ ровании. Отстой производят в горизонтальных цилиндрических водогрязеотделителях диаметром 2,5—3 м и длиной 12—15 м при тем­ пературе 120—160° С и давлении 8—15 ат.

Установки для центрифугирования обеспечивают высокое каче­ ство обезвоживания и обессоливания нефти, но из-за малой произ­ водительности и они широкого распространения не получили.

Химические методы разрушения эмульсий основаны на приме­ нении поверхностно-активных веществ (ПАВ), действующих как деэмульгаторы. Направление их действий может быть различным:

—адсорбционное вытеснение с поверхности частиц действую­ щего эмульгатора веществом с большей поверхностной активно­ стью, но с меньшей прочностью адсорбционной пленки;

—образование эмульсий противоположного типа (инверсия

фаз);

—растворение или разрушение адсорбционной пленки в ре­ зультате ее химических реакций с вводимым в систему деэмульга­ тором.

Разрушение эмульсий химическими методами в промышленности

применяют в широких масштабах.

Электрические способы разрушения нефтяных эмульсий осно­ ваны на пропускании через них переменного тока высокого напря­ жения. В электрическом поле частицы воды, заряженные отрица­ тельно, начинают перемещаться внутри каждой элементарной кап­ ли, придавая ей грушеобразную форму, острый конец которой об­ ращен к положительно заряженному электроду. При перемене по-

гидратора; 5—подвесные изоляторы; 6 и 7—верхний и нижний электроды/ 8—уровень воды; 9 —устройство для ввода и распределения нефти;

/ —сырая нефть; / / —обезвоженная и обессоленная нефть; III—вода;

/К —шелочь; V—деэмульгатор; VI—отстой.

лярности электродов капля претерпевает новое изменение формы. Частота изменений формы соответствует частоте электрического тока. Периодическое изменение формы, а также стремление к пе­ ремещению в электрическом поле по направлению к положитель-

31

ному электроду приводит к столкновению капель друг с другом. В результате мелкие капли укрупняются, что облегчает их даль­ нейшее осаждение в электродегидраторах.

На нефтеперерабатывающих заводах вода, соли и механические примеси из нефти удаляются на электрообессоливающих установ­ ках (ЭЛОУ). В ЭЛОУ используют все три способа разрушения нефтяных эмульсий (рис. 10), для чего нефть с помощью теплооб­ менников и пароподогревателей нагревают до 70—90° С, смеши­ вают с водой, щелочью и деэмульгатором, затем подают в электро­ дегидраторы. Обезвоженная и обессоленная нефть в необходимых случаях подвергается стабилизации (удаляются легкие газообраз­ ные углеводороды), а затем направляется на прямую перегонку.

ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ ГОРЮЧЕГО И МАСЕЛ НА АТМОСФЕРНОЙ И АТМОСФЕРНО-ВАКУУМНОЙ УСТАНОВКАХ

Установки однократного испарения нефти. На этих установках

(рис. 11) стабилизированная и обессоленная нефть прокачивается

Рис. И. Принципиальная схема перегонки нефти с однократ­ ным испарением:

/ —теплообменник; 2 —трубчатая печь; 3 —ректификационная колонна; 4— теплообменник циркуляционного орошения; 5—холодильник; б—газосепа- ратор; 7—выносные отпарные секции;

/-неф ть; // —га з ;///—бензиновый дистиллят; /V*—водяной пар; V—кероси­ новый дистиллят; V/—дистиллят дизельного топлива; V//—газойлевый ди­ стиллят; V III—мазут.

через теплообменники и змеевик трубчатой печи в ректификацион­ ную колонну. В низ колонны подается перегретый водяной пар. Из

32

колонны отбирают различающиеся по температуре кипения фракции: бензиновую, керосиновую, газойлевую и соляровую. Фракции, кроме бензиновой, подвергают дополнительной ректификации в отпарвых секциях. Ректификационная колонна имеет промежуточ­ ное циркуляционное орошение. Остаточным продуктом, отбирае­ мым с низа колонны, является или мазут или полугудрон.

Установки двухкратного испарения нефти до мазута. Для этих установок характерно предварительное частичное испарение нефти перед нагревом ее в трубчатой печи. Испарение производят либо в испарителе (пустотелой колонне), либо в ректификационной ко­ лонне с тарелками. Паровая фаза направляется в основную ректи­ фикационную колонну, куда поступает и жидкая фаза после на­ грева в печи до 330—340° С. Головным продуктом колонны являет­ ся бензиновая фракция (н. к .— 140°С), в качестве боковых дистил­ лятов отбирают фракции (140—240, 240—300 и 300—350° С. С низа колонны получают мазут.

При переработке сернистых нефтей дистиллятные фракции под­ вергаются гидроочистке, послё чего фракцию 140—240° С приме­ няют в качестве базового продукта топлива для реактивных двига­ телей, а фракции, выкипающие в пределах 240—350° С,— для полу­ чения дизельных топлив. Бензиновые фракции частично могут быть использованы как компоненты автомобильных и авиационных бен­ зинов или непосредственно, или после повышения их детонацион­ ной стойкости с помощью процессов каталитического риформинга.

Мазут может быть использован как целевой продукт в качестве котельного топлива или подвергнут дальнейшему разделению на вакуумных установках.

Вакуумные установки для перегонки мазута. При перегонке в вакууме из мазута получают масляные дистилляты, различающие­ ся по температурам кипения, а в качестве остатка — полугудрон или гудрон. Вакуумные установки делятся на топливные и масля­ ные. На топливных установках из мазута отбирают широкую фрак­ цию— вакуумный газойль, который используется в качестве сырья для вторичных процессов переработки нефти, например, для ката­ литического крекинга. Четкость разделения дистиллятов в этом случае может быть небольшой. Обязательное условие заключается в том, чтобы в вакуумный газойль не попадали капельки гудрона, что увеличило бы содержание в нем металлоорганических соеди­ нений, отравляющих катализаторы.

При производстве масляных дистиллятов предъявляются более жесткие условия: в колоннах увеличивают число тарелок и приме­ няют отпарные секции. Пределы выкипания отбираемых фракций зависят от природы нефти и требуемой вязкости масляных дистил­ лятов. В общем случае на вакуумных установках могут быть полу­ чены фракции, выкипающие до 350° С, в пределах 350—420, 420— 500° С, и остаточный продукт. Получаемые продукты очищают и смешивают для приготовления масел заданного ассортимента.

О

Вакуумные трубчатые установки обычно сооружают в едином комплексе с атмосферными (рис. 12). Создание атмосферно-вакуум­ ных установок позволяет сократить коммуникационные линии, уменьшить число промежуточных емкостей, более полно использо­ вать тепло дистиллятов и остатков, сократить расход металла и экс­ плуатационные затраты, повысить производительность труда. В на­ стоящее время имеются атмосферно-вакуумные установки мощ­ ностью 1, 2, 3 и 6 млн. т/год. Ведутся работы по созданию устано­ вок АВТ мощностью 10—12 млн. т/год.

ПОЛУЧЕНИЕ ФРАКЦИЙ ГОРЮЧЕГО ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТИ

Термические превращения углеводородов. Продукты, получае­ мые при прямой перегонке, не удовлетворяют современных потреб­ ностей в горючем ни по количеству отдельных фракций, ни их ка­ чеством, так как и то, и другое определяется химическим составом нефти. Чтобы увеличить выход наиболее ценных продуктов, повы­ сить их качество до требуемого уровня, применяют технологиче­ ские процессы, позволяющие изменять размеры и строение моле­ кул, входящих в состав продуктов прямой перегонки нефти. В этих технологических процессах на исходное сырье воздействуют повы­ шением температуры, давления и применением катализаторов хи­ мических реакций.

В настоящее время наибольшее практическое значение имеют следующие процессы вторичной переработки нефти: каталитиче­ ские крекинг и риформинг, гидрогенизация, каталитическое алки­ лирование и полимеризация, а также пиролиз и коксование.

Термические превращения углеводородов сложны и разнооб­ разны. На их направление и глубину оказывает влияние большое количество факторов и прежде всего: температура, давление, вре­ мя пребывания продуктов в зоне высокой температуры, структура и молекулярная масса исходных углеводородов. Даже в пределах одного гомологического ряда углеводородов с разной молекуляр­ ной массой в одних и тех же условиях состав продуктов реакций будет неодинаков. В целом соблюдается закономерность: чем боль­ ше молекулярная масса, тем менее стойка молекула углеводорода при воздействии температуры.

При одинаковой молекулярной массе углеводородов наимень­ шая термическая стойкость у алкановых и наивысшая у аромати­ ческих. В то же время длинные боковые цепи ароматических угле­ водородов сравнительно легко отщепляются. По склонности к тер­ мическому расщеплению углеводороды располагаются в следую­ щем убывающем ряду: н-алканы, изоалканы, алкены, алкилирован­ ные цикланы, алкилированные ароматические, голоядерные циклановые и голоядерные ароматические. Кислородные, сернистые и асфальто-смолистые вещества крекируются легче, чем близкие к ним по молекулярной массе и структуре углеводороды.